Tutkijoille läpimurto: Yksisuuntaisen lasin kehitys vihdoin mahdollista
Aalto-yliopiston tutkijat ovat onnistuneet kehittämään uudenlaisen optisen metamateriaalin, joka on tähän asti ollut teknologian ulottumattomissa. Luonnonmateriaaleista poiketen metamateriaalien sähkömagneettisia ominaisuuksia on mahdollista muokata, mikä antaa materiaaleille täysin uudenlaisia käyttömahdollisuuksia esimerkiksi teollisuudessa.
Nyt kehitetty uusi materiaali mahdollistaa sovelluksia, jotka muuten tarvitsisivat vahvan ulkoisen magneettikentän toimiakseen, näistä esimerkkinä aidosti yksisuuntainen lasi. Nykyisin yksisuuntaisena myytävä lasi on todellisuudessa vain puoliksi läpinäkyvää, ja se päästää valoa läpi molempiin suuntiin. Kun kirkkausolosuhteet ovat erilaiset lasin eri puolilla – esimerkiksi sisällä on pimeää ja ulkona valoisaa – lasi toimii yksisuuntaisesti. Tutkijoiden kehittämään metamateriaaliin pohjautuva yksisuuntainen lasi ei kuitenkaan tarvitsisi kirkkauseroa toimiakseen, koska valo voisi kulkea sen läpi vain yhteen suuntaan.
"Kuvittele, että kotonasi, toimistossasi tai autossasi olisi ikkuna, jossa on tällainen lasi. Ulkona vallitsevasta kirkkaudesta riippumatta ihmiset eivät näkisi lainkaan sisälle, kun taas sinä nauttisit täydellisestä näkymästä ulos", sanoo väitöskirjatutkija Shadi Safaei Jazi Aalto-yliopistosta.
Jos tekniikka onnistuu, yksisuuntainen lasi voisi myös tehostaa aurinkokennojen toimintaa. Se estäisi kennojen lämpösäteilyn, mikä nykyisellä teknologialla vähentää niiden keräämän aurinkoenergian määrää.
Tutkijaryhmän kehittämä uusi materiaali hyödyntää metamateriaalien luonnonmateriaaleista poikkeavaa erityisominaisuutta eli niin sanottua NME-vaikutusta (englanniksi nonreciprocal magnetoelectric effect). NME-vaikutus on häviävän pieni luonnonmateriaaleissa, mutta tutkijat ovat yrittäneet tehostaa sitä metamateriaalien ja metapintojen avulla, koska se avaisi uudenlaisia teknologisia mahdollisuuksia.
”Toistaiseksi NME-vaikutus ei ole johtanut realistisiin teollisiin sovelluksiin. Useimmat aiemmin ehdotetuista ratkaisuista toimisivat vain mikroaaltojen, eivätkä näkyvän valon kohdalla, eikä niitä voitaisi valmistaa nykyteknologialla”, Safaei kertoo.
Uutta metamateriaalia voidaan kuitenkin valmistaa olemassa olevalla teknologialla tavanomaisia materiaaleja ja nanovalmistustekniikoita käyttäen.
Tutkimus on äskettäin julkaistu arvostetussa Nature Communications -lehdessä.
Lisätietoa:
Tutkimusartikkeli Nature Communications -lehdessä
Shadi Safaei Jazi
Väitöskirjatutkija
+35850 322 9573
shadi.safaeijazi@aalto.fi
Viktar Asadchy
Apulaisprofessori
+358504205846
viktar.asadchy@aalto.fi
Lue lisää uutisia
Tommy Lindgren: “Arkkitehtuurin työkalut eivät ole neutraaleja – ne vaikuttavat siihen, mitä lopulta rakennetaan”
Arkkitehti Tommy Lindgren tarkastelee väitöskirjassaan, miten piirustukset ja muut suunnittelun visuaaliset välineet ohjaavat rakennetun ympäristön kehittämistä.
Aalto-yliopistolle erinomaiset tulokset kansallisessa avoimen tieteen seurannassa
Aalto-yliopisto saavutti korkeimman 5-tason kansallisessa avoimen tieteen seurannassa. Kokonaisarvosanan nousua siivitti avoimen oppimisen kehitys.
Näin Suomesta tuli kvanttialan edelläkävijä
Pitkäjänteinen panostus kvanttitieteen ja -teknologian perustutkimukseen on tehnyt Suomesta kokoaan suuremman pelurin alalla, joka on kriittinen myös EU:n teknologisen omavaraisuuden kannalta. Tavoitteena on, että tulevaisuudessa koko kvanttialan arvoketju on omissa käsissä.